冯振飞，苏铁熊，范小龙

(1.中北大学机电工程学院，山西 太原 030051）

（2.江南工业集团有限公司，湖南 湘潭 411207)
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摘要：针对某型号空气炮的需求，基于传统的节制杆式液压缓冲器，设计一种适用于该空气炮靶室的缓冲器方案，该方案增加了流量调节的功能。基于流体力学和动力学原理，建立缓冲器数值模型，利用MATLAB对其进行数值仿真和优化，并分析了其在不同开度情况下的力学性能。结果表明，优化后的缓冲器缓冲效率得到改善，缓冲力峰值降低，并可以在一定范围内调节自身的力学性能。

关键词：液压缓冲器；空气炮；遗传算法；数值仿真；结构优化

中图分类号：TJ302   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0010-05

空气炮是一种通用的高过载模拟试验设备，它使用压缩空气作为动力，推动弹丸撞击测试结构从而产生高过载。其发射过程中不存在高温现象，使用寿命长，能满足大部分高过载试验的要求，是一种适用于多种场合的高过载试验设备。

在高过载试验过程中，弹丸与测试结构碰撞之后剩余的动能，需要以一定方式进行吸收。目前某实验室仅采用缓冲材料进行缓冲，如毛毡垫、橡胶块等。受限于材料本身的力学性能，缓冲效果难以控制，且飞散的毛絮和粉尘也会污染实验室环境。同时缓冲块的设置安放依赖试验准备人员的经验，缓冲效果难以控制。这些因素都将对试验结果产生一定的影响。

本文针对空气炮弹丸和测试结构的缓冲需求，设计一种适用于某型号空气炮靶室的液压缓冲器方案。缓冲器基于节制杆式火炮制退机，并增设了流量调节阻尼口。为了研究缓冲器的力学性能，对其进行了数值仿真和优化，最终得到了一种较为理想的方案。

1 缓冲器结构方案及工作原理

可调节式液压缓冲器的结构如图1所示。当缓冲器头部受到测试结构撞击时，头部向右侧运

动，使得高压腔内液体压力升高，高于低压腔内压力，从而在节流孔两侧产生压力差，使油液经节制杆和节流孔之间的缝隙流入低压腔，推动活塞向右移动。活塞与内缸筒之间密封着一定压力的气体，气体在缓冲过程中受到压缩储蓄能量，供头部复位使用。节制杆中空，根部侧面开孔，内部设置一个侧面开孔的节流小柱。节制杆装配剖面图如图2所示，节流小柱结构如图3所示。通过旋转节流小柱可以调节节制杆侧液流孔的开度，进而改变整个缓冲器的力学性能，达到根据不同的试验要求来控制缓冲器碰撞波形的目的。节制杆的初始方案为均匀的细长圆柱。

图1 缓冲器结构示意略

图2 节制杆装配剖面图略

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作者简介：冯振飞（1992—），男，硕士研究生，主要研究方向为火炮与机动武器，mail260817@163.com.

通讯作者：苏铁熊，男，教授，sutiexiong@nuc.edu.cn.